我国大地电磁测深新进展及瞻望

第17卷　第2期 地　球　物　理　学　进　展 V ol.17　N o.2 2002年6月(245～254) PROG RESS　I N　GE OPHY SICS June　2002我国大地电磁测深新进展及瞻望

魏文博

(中国地质大学,北京100083)

[摘　要]　简要回顾了上世纪60—80年代,我国大地电磁测深工作的起步和发展,较全面地介绍了90年代以来的新进展,并瞻望了新世纪的发展方向.

[关键词]　大地电磁测深仪器;数据采集;数据处理和反演;应用;新进展

[中图分类号]　P631 [文献标识码]　A [文章编号]　1004229032(2002)022*******

0　引　言

电法勘探是勘探地球物理学的重要分支.如果从1815年P.F ox在硫化矿体上观测到自然电场[1]算起,电法勘探已有近200年历史;但真正得到发展,则不到100年时间.20世纪初,世界各国的工业迅速发展,矿产原料需求量急剧增加,迫切需要先进的勘查技术;因而,促使电法勘探从科学研究进入实用阶段,并得以迅速发展.显然,电法勘探的发展是和工业生产水平、社会经济状况,以及科学技术进步密切相关的.发展到今天,电法勘探在勘探地球物理学各分支中,方法技术最多、应用面最广,其应用领域遍及固体矿产、油气和水资源勘查,工程勘查,环境监测,及地学基础理论研究等各方面.在所有的电法勘探方法中,发展最快的是大地电磁测深.

大地电磁测深是20世纪50年代初由A.N.T ikhonov[2]和L.Cagnird[3]分别提出的天然电磁场方法.60年代以前,由于技术难度大,该方法的研究进展缓慢;但它具有探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对低阻层反应灵敏等吸引人的优点,因而对该方法的研究始终为人们所关注.70年代以来,由于张量阻抗分析方法的提出,方法理论研究出现突破性进展,并随着电子、计算机、信号处理技术突飞猛进的发展,大地电磁测深无论在仪器研制,或是数据采集、处理技术与反演、解释方法等方面的研究,都融合了当代先进的科学理论和高新技术,这使大地电磁测深有了长足的进步,因此成为电法勘探众多方法技术中最成熟的方法.

近年来,大地电磁测深方法不断得到完善,应用效果明显改善,成绩斐然,引人瞩目.在这新世纪开端,我们回顾它在我国的发展历程,总结近些年取得的进展,瞻望新世纪未来的方向,这将有益于大地电磁测深在我国的进一步推广应用,取得更辉煌的成就.

1　回　顾

我国的大地电磁测深工作始于20世纪60年代初期.至今,经历了60年代的引进、探索时期,70—80年代的研究、试验时期和90年代的迅速发展、推广应用时期.

20世纪60年代初期,在顾功叙院士的大力倡导下,原中国科学院兰州地球物理研究所

[收稿日期]　2001212226;　[修回日期]　2002203225.

[基金来源]　中国科学院资源与环境重大项目(K29512A12401).

[作者简介]　魏文博,男,1945年9月生,福建泉州人,1969年毕业于原北京地质学院地球物理勘探系,现任中国地质大学(北京)教授、博士生导师,主要从事电法勘探、海洋电磁探测及大陆动力学研究.

开始研究大地电磁测深方法,取得了初步成果[4].但这时期,大地电磁测深数据处理采用的是最简单的标量阻抗处理方法,导致相同频点上所计算的视电阻率和阻抗相位分散性大,严重地影响了方法的实际应用.

1966年邢台地震后,“地震灾害”的形势逼人,地震预报要求探测深达地幔的地质结构;从而推进了大地电磁测深方法的研究,使我国大地电磁测深事业进入研究、试验阶段.

1970年,国家地震局地质研究所试制了感应式、晶体管线路的模拟大地电磁测深仪,并用于华北地区的野外实际测量.继而又与国家地震局兰州地震研究所和地球物理勘探大队共同研制了LH 21型模拟记录大地电磁测深仪.这成为20世纪70年代中期到80年代初,我国大地电磁测深工作的主要设备.

为了适应发展需要,70年代初,原北京地质学院物探系与国家地震局地质研究所、原石油部地球物理勘探局研究院合作,开展了大地电磁张量阻抗估算方法的研究[5];与此同时,国家地震局兰州地震研究所也开展了此项研究.研究的结果,随即被用于处理实测数据,明显改善了大地电磁测深数据处理质量,使大地电磁测深在国内得以继续顺利发展.可以说,这项研究成果在我国大地电磁测深方法的发展历史上占有重要地位,属于阶段性进展的标志.

但就在这时期,世界上科学技术的发展促进了电子和计算机控制技术的进步,国外的大地电磁仪器早已跨越模拟记录阶段,进入数据记录的时代.因此,1976年,国家地震局地质研究所与原石油部地球物理勘探局仪器厂和研究院、原北京地质学院物探系等单位共同合作,开始研制S D 21型数字式大地电磁测深仪,并开发相应的软件系统[6].两年后,投入野外试验,取得我国第一批数字化大地电磁测深资料.之后,又逐步得到完善和提高.在改进后的S D 22型仪器上,一些主要技术性能已达到当时国际同类仪器的水平.

这一时期,国内除了大力开展仪器和数据采集方法技术的研究与试验之外,在数据处理方面则从标量阻抗处理发展到张量阻抗处理,使大地电磁探测技术具有真正的实用价值.但是,由于大地电磁场信号极为微弱,且电磁噪声背景又随着国家经济建设发展而日益严重,导致大地电磁观测质量明显下降.为了保证数据采集质量,需要有高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强、性能优良的仪器,也需要有好的、有效的抑制电磁噪声影响的数据处理方法.20世纪70年代末、80年代初,国内、外的学者就此发表了一系列成果,如傅氏变换法、时间域滤波法、互功率谱法和近参考道法等等[7].这些方法对于压制电磁干扰的影响有一定作用,但效果并不都能尽如人意.原因在于,它们只适用于克制非相关噪声的影响,而对于相关噪声的影响作用不大.

但在同一测点,电磁噪声往往同时迭加到各道的电磁信号上,属于相关噪声.针对这一问题,T.D.G amble 等人在1979年提出远参考道大地电磁测深法[8].它不仅能用于压制同一测点上的非相关噪声,还对于压制同一测点上的相关噪声有较好的效果.但遗憾的是,当时国内还不具备推广、应用该方法的硬件条件.

大地电磁测深资料的反演、解释是该方法实际应用的重要环节,因此一直为人们所重视.在我国大地电磁测深工作的早期,反演方法主要类似于直流电测深资料的“量板法”.这完全是手工操作方法,并且不可能考虑非一维条件引起场源极化的影响,反演的准确性在相当程度上取决于解释人员的经验,定量解释的误差很难估计.

・

642・ 地　球　物　理　学　进　展 17卷